直流电位差法测量结构钢表面硬化层深度

结构钢表面硬化工艺主要用来形成一坚硬耐磨的表面，并且保持一软的有韧性的芯体，这种硬化层的主要微观组织是马氏体，其电阻率要远大于同样成分的铁素体。用直流电位差法在未硬化试件上可测得一电阻值，在有硬化层的相同试件上可测得一新的较高电阻值，电阻的增加与硬化层的深度在一定的深度范围内可以是有联系的。因此对一给定的材料和试件，如果建立起电阻与硬化层深度的关系曲线，生产件是很容易监测的。一些参量影响着检测的结果，应予以注意。

1）探针的间距控制着电流的渗入深度，理想的探针间距必须大到足以使电流能穿过硬化层到达心部材料，具有代表性的是电流的渗入被限制在探针间距A的1.5倍。对于一给定的硬化层深度，由于电流不可能达到心部材料，测得的结果将饱和在某一电阻值；而如果间距太大，则对薄的硬化层可以是不灵敏的。

2）试件的材料成分不同可引起所测得电阻的相互偏移，因为电阻不仅监测硬化层也会受整个成分的影响，一般说来，除非有合金混料情况，这不是重要问题。

3）试件外形可影响电阻值，对于小试件应建立专用的校准曲线，对于各种各样的试件，如果实体厚度相对于探针间距要大得多，且合金成分是相同的，则有可能利用相同的标准曲线。

4）表面硬化工艺对校准曲线会有明显的影响，因为相的变化会是不同的；应理解，电阻监测的是在表面上总的变化了的材料。当基体和硬化层的组织（如渗碳层的浓度）一定时，电位差法方可提供最佳的与硬化层深度的关系。

图4.2-24为在一水泵轴上所作的测量，此轴用1070钢制造，长82.6mm、直径16.0mm，就四种不同的回火温度和五种不同的硬化层深度进行了测定，硬化层是用感应法获得的。从图中可看出电极间距的影响；此外，从测量的角度考虑，最好是在作任何回火前，先作硬化层深度的测量。

图4.2-25为用4探针给测直径D=50mm钢试件感应加热的硬化层深度时探针的配置，其中图4.2-25a为轴向布置，图4.2-25b为周向布置。试样来硬化时的电阻率为ρ₀=19.9×10^-8Ω·m，经硬化的试样平均电阻率为ρ₁=26.8×10^-8Ω·m，测量所用电流为I=1A，测得结果如图4.2-26、图4.2-27和图4.2-28所示，可见测量探针应靠近电流输入输出探针，以便较灵活地评价较小的硬化深度。另外，在s₁=30mm和θ₁=45°的情况，对于较深的硬化层（d＞5mm），即使s₂或θ₂减小，r/d下降也不多。

图4.2-24 1070钢感应法硬化后，硬化层深度与电阻率的关系(www.xing528.com)

图4.2-25 探针的配置

图4.2-26 电位降与硬化层深度的关系（轴向配置S₁=3mm）

图4.2-27 电位降与硬化层深度的关系（轴向配置S₁=30mm）

图4.2-28 电位降与硬化层深度的关系（周向配置θ₁=45°）